[高中生物一轮复习教学讲义选修3]
第27讲基因工程
考点一基因工程的3种基本工具
1．基因工程的概念：指按照人类的意愿，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物新的遗传特性，从而创造出更符合人类需要的新的生物类型和生物产品。(外源基因在受体表达的原因三点：DNA结构相同；中心法则；密码子)
2．限制性核酸内切酶(限制酶)——“分子手术刀”
(1)来源及化学本质：主要是从原核生物中分离纯化出来的，化学本质是蛋白质。(原核生物中的限制酶：没有切割为点或者有切割位点但是被保护起来了甲基化)
(2)功能：催化DNA中特定的磷酸二酯键断裂。
(3)作用特点：特异性，即限制酶可识别特定的脱氧核苷酸序列，切割特定的位点。(回文序列)
(4)结果：产生黏性末端或平末端。(如图所示)。(命名：生物属名的头一个字母与种名的头两个字母什么型菌的第几个限制酶)
3．DNA连接酶——“分子缝合针”
(1)种类：E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。
(2)作用：将双链DNA片段缝合起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸间的磷酸二酯键。E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端；T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端
4．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
(1)类型eq\b\lc\{(\a\al(（1）最常用载体：质粒,（2）其他载体：λ噬菌体的衍生物、动植物病毒))
(2)具备条件：①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；②有一个至多个限制酶的切割位点，以便于与外源基因连接；③具有标记基因，用于重组DNA的检测和鉴定；
(3)特点：可以在细胞中进行自我复制或整合到染色体DNA上随染色体DNA进行同步复制。
①所有的运载体都具有容易侵入受体细胞的特点，并且能够复制。
②天然质粒必须经过人工改造后才能作为载体。
③基因工程中的载体与细胞膜上参与物质运输的载体不同。基因工程中的载体通常是质粒，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等，其本质是DNA，能将目的基因导入受体细胞内；细胞膜上的载体是蛋白质，与细胞膜的功能有关。
5．限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较
名称
作用部位
作用底物
形成产物
限制酶
磷酸二酯键
DNA分子
带黏性末端或平末端的DNA片段
DNA连接酶
磷酸二酯键
DNA片段
重组DNA分子
DNA聚合酶
磷酸二酯键
脱氧核苷酸
子代DNA分子
热稳定DNA聚合酶
磷酸二酯键
脱氧核苷酸
子代DNA分子
DNA(水解)酶
磷酸二酯键
DNA分子
游离的脱氧核苷酸
解旋酶
碱基对间的氢键
DNA分子
脱氧核苷酸长链
RNA聚合酶
磷酸二酯键
核糖核苷酸
单链RNA分子
考点二基因工程的操作流程
1．目的基因的获取
(1)目的基因：主要指编码蛋白质的基因(与生物抗逆性相关、与优良品质相关、与生物药物和保健品相关、与毒物降解相关)，也可以是具有调控作用的因子。
(2)获取方法：直接分离，从自然界中已有的物种中分离出来，如从基因文库中获取目的基因。
文库类型
cDNA文库
基因组文库
文库大小
小
大
基因中启动子
无
有
基因多少
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
物种之间的基因交流
可以
部分基因可以
基因文库的构建过程
说明
基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性。
人工合成目的基因：常用的方法有化学合成法、反转录法、PCR扩增法。
①化学合成法：已知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。
②反转录法：从供体细胞中分离出mRNA单链DNA合成目的基因。
(3)利用PCR技术扩增
PCR的反应过程及结果
2．基因表达载体的构建——基因工程的核心
基因表达载体的组成
一般构建过程
受体细胞有植物、动物、微生物之分，以及目的基因导入受体的方法不同，表达载体的构建也会有所差别
3．将目的基因导入受体细胞
(1)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达其遗传特性的过程。
(2)常用的转化方法及其过程
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用方法
农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法
显微注射
技术
感受态细胞法(用Ca2＋处理)
受体细胞
受精卵、体细胞
受精卵
原核细胞
①将目的基因导入植物细胞
植物分类
双子叶植物、裸子植物
单子叶植物
转基因抗虫棉花
常用方法
农杆菌转化法(导入植物细胞采用最多的方法)
基因枪法
花粉管通道法
转化过程
将目的基因插入到Ti质粒的T—DNA上→导入农杆菌→植物伤口分泌酚类化合物吸引农杆菌侵染植物细胞→Ti质粒的T-DNA转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上→表达。这种方法比较经济和有效，迄今为止，约80%的转基